变压器绝缘材料的老化原理课件

变压器绝缘材料的老化原理

2变压器绝缘材料的老化原理变压器的主要绝缘材料我们一台变压器内部用了多少种绝缘材料呢？液体绝缘材料—变压器油气体绝缘材料—空气、高压套管GIS侧用SF6气体固体绝缘材料—绝缘纸、绝缘纸板和纸制品木材和木制品3变压器绝缘材料的老化原理变压器的主要绝缘材料同时合理地运用了油、纸绝缘结构这种结构的应用很大程度地提高了变压器的绝缘强度，比单纯的油或者绝缘纸的绝缘强度提高了很多，在我们常说的“小油隙”理论使用处，这种效果的体现尤为明显。变压器属于静止机械，当然与转动机械相比，绝缘做起来要容易一些，不用考虑这么多与转动相关的一系列问题（比如振动啊，摩擦啊，转动散热啊），但是想想我们变压器的绝缘等级多高啊，500KV,现在我国1000KV特高压变压器也已经成功下线。由于其电压等级高，也引出了一些一系列相关问题。如何合理地布置绝缘，如何合理地均匀变压器内部磁场、电场分布，如何合理布置油道，如何在提高单机容量下尽量地减少变压器体积等。4变压器绝缘材料的老化原理空气水分温度污染清洁度电、机械压力变压器油和绝缘纸的老化因素5变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理前面讲了下变压器的主要绝缘结构，任何绝缘件都有其自身失效的老化过程，然而如何去评估它们的好坏呢？变压器的寿命主要决定于其绝缘系统的寿命，核电站反应堆设计40年，合理的维护和一些技术改进后可以达60年，如何评估我们高压设备的状态，如何在这60年内有计划地更换或者改进将成为一项重要任务。怎么评估才算有效评估呢？高压设备简单地说就是两块：绝缘、清洁度。清洁度是日常维护、大修中所涉及的。也是一项很重要的工作，在这就不多讲。要想评估好高压设备的绝缘就得从绝缘材料的本质出发。下面以变压器为例，给大家班门弄斧下，不足之处请指点。6变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理液体绝缘材料—变压器油变压器油对变压器的重要性就犹如人体的血液，其不仅承担着绝缘的作用，还起到了冷却作用。我们所用的变压器油按凝点分为10#、25#、40#变压器油。其是天然石油在炼油过程中的一个馏分经静制和添加适当的稳定剂调制而成的。其重要成分是环烷烃、烷烃和芳香烃。变压器油的老化的主要影响因素有：温度、水分、氧气变压器油在储存和使用过程中，会溶解一定的氧气。氧气在热和金属的催化作用下，油会被逐渐氧化成各种含氧化合物，深度氧化的油会出现胶质和油泥。氧化物使变压器油的界面张力下降，酸值和介损增加，散热性能降低。长期运行的油在高温带氧情况下都会产生出油泥，使得油介损升高，击穿电压下降。散热下降。如何解决这个问题呢？7变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理根据变压器油的状况，我们可以有选择地对变压器油进行油脱气脱水、油吸附处理工作。油介质损耗因数增大采取的相应措施有：a）水分含量高引起的变压器油介质损耗超标,可以采用真空滤油机加热变压器油,以脱去水分来降低变压器油介损，我厂500KV主变压器一般脱气脱水48h，然后静止48h进行排气工作；b）油吸附处理，常见的吸附剂有白土、三氧化二铝或细孔硅胶。吸附过程中及时取样实验,若滤油合格即可结束工作,过深精滤也会影响油质；c）油介损超标的变压器油也可采用更换变压器油的方法。油的处理工作是每次大修都基本需要做的工作，因为核电变压器有着运行时间长、带载能力强的特点，倘若不在停电检修窗口下进行油的脱气脱水或吸附工作，再运行下去特征气体很可能超标，这不仅增大了变压器的损耗降低了绝缘性能，也给我们的正确判断带来了困难。8变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理气体绝缘材料—空气、高压套管GIS侧用SF6气体变压器用了多种绝缘材料，其中也有些特殊的复合绝缘部位。最具有代表意义的就是我们的Bushing。套管法兰处的电场强度最强，绝缘介质的放电取决于场强而和电压无关，套管法兰与大地等电势，内部导电杆载流500KV，导电杆与外部法兰间距20cm左右，在这样短的距离内要保证高场强合理分布，就要保证电场强度沿绝缘轴向和表面梯度分布，可以等效为很多层电容串联而成。任何一层铝箔绝缘纸层被击穿（对外反映为套管主绝缘电容增加），都可能导致绝缘继续恶化，最后导致整个套管爆炸。另外套管末屏的非可靠接地也可能使得由于悬浮电位导致套管绝缘层由外至内依次击穿，导致事故。为什么套管特殊呢？因为在套管中存在所谓的三相点，这个点也是电场最不均匀的。9变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理何为三相点呢？以套管为例，在法兰与环氧树脂的交接线即为我们所称的三相点。油侧：这点交界三种介质：油，金属法兰，环氧主绝缘气侧：这点交界三种介质：空气(或SF6)，金属法兰，环氧主绝缘油的绝缘我们已经说了，现在看看套管气侧，气侧无非两种绝缘材料，一为SF6气体，此种气体的绝缘强度很高，我们通常以测量SF6气体的微水、纯度来衡量其绝缘情况；二为空气，由于1个atm下SF6气体的绝缘强度通常是空气绝缘强度的2.5倍，何况GIC中SF6气体压力为3.5bar，因此以空气为主绝缘的套管一般都做得很高大，可以参考我厂GIS线路出线套管。这种套管的缺陷主要存在瓷瓶破损、表面污秽、滑闪、雨闪等。如何防止在高污秽地区安全运行成为此套管的一项难题，我们da

yabay处于高盐雾地区，容易出线滑闪。另外从广东电网07年多电站PT、套管发生雨闪事故，我们也应该认真反馈下。10变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理再来谈谈我们TR的固体绝缘材料—绝缘纸、绝缘纸板绝缘纸的主要成分为α-纤维素，它由葡萄糖基组成的聚合度高达2000的链状高聚合碳氢化合物。DP值也就是我们平常所说的聚合度，聚合度的大小在很大程度反映了变压器绝缘纸的强度。要记住一点，绝缘纸（板）的作用不仅仅是绝缘作用，其很大作用在于其机械强度上。机械强度有何用？其实这块才是最重要的，是变压器抗短路冲击的核心，就像一个年迈的老人，身子骨还行，也就是我们变压器安全运行下很好，但是外部给他老人家一个冲击，“咔嚓”老家伙散架了，这也就是为什么我们在现今大电网运行条件下选取高阻抗变压器的原因，现在流行18%。11变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理通常好的绝缘纸聚合度都大于800，但是当聚合度小于250时，就要引起很高的重视了。DP=150-200机械强度剩余20-40%DP=200纤维之间的结合力变弱DP值即纤维分子链环的平均数量，也反映了一种团结的力量，兄弟手拉手，很好很强大。但是突然某个链断裂了，聚合度下降，紧跟着就是强度下降。绝缘纸就是以下图为单元向两旁链式聚合起来的。12变压器绝缘材料的老化原理变压器的老化原理如何衡量我变压器绝缘纸的强度呢？可以取纸样测量纸的聚合度，也可以从变压器油中的糠醛含量来间接衡量绝缘子的老化程度。变压器内部的绝缘材料除个别地方使用热稳定纸之外，绝大部分的绝缘材料都为A级绝缘。记住我们在这定义的温度为热点温度，因为热点也是绝缘最容易出问题的地方，遵循6度原则。A级绝缘的定义：IEC:在105度的温度下，连续工作7年后，绝缘材料的机械强度的降低小于50%。IEEE:在110度的温度下，连续工作65000小时后，绝缘材料的机械强度的降低小于50%。13变压器绝缘材料的老化原理下面结合变压器老化模式的一个示意图来说明各老化因素的影响。14变压器绝缘材料的老化原理由上图可以看出：水、温度、氧气成为变压器绝缘老化的三大杀手。他们可以与变压器绝缘材料发生酸-水解、氧降解等过程，慢慢侵蚀着我们的绝缘材料。其中水分不仅对变压器绝缘有影响，还为酸-水解提高了必要条件。水分不仅存在于变压器油内，还存在于变压器纸板内。水分将在这两种介质中达成一个平衡，当然这个平衡取决于变压器的油温。别小看这个水分，有专家计算过一个经气相干燥的1000KV超高压变压器运输注油后其内部总含水量达到100KG，这个量不少吧，因为变压器太大了，几百T的一个庞然大物。如何减少杀手--水分的影响呢？必要的干燥手段、大修的油脱气脱水处理、开口作业缩短作业时间、良好的密封、无负压区、雨季高湿环境下如何进行大修作业等。15变压器绝缘材料的老化原理试验证明：绝缘件含水量为4%，运行温度为90度的变压器的寿期为1年；绝缘件含水量为2%，运行温度为70度的变压器的寿期为30年。通过上面的例子我们已经知道了水分和温度对变压器寿期的重要性了吧。温度的控制因素很多，如降低变压器油的介损、合理的变压器冷却方式、铁心无多点接地啊、无匝间短路、饼间短路、无局部过热点啊、良好的油循环、油道无堵塞等等。氧气这个杀手的危害就不用多说了吧，其不仅加快了绝缘纸纤维素的酸水解，还可以加快了油的氧化，杀手锏啊！但是氧气的控制还不是件简单的事情。它来源广泛，油中，空气中，反应产物中都有它的踪迹。唯一较好的办法就是定期有效的脱气脱水处理，良好的密封，使用一种全封闭形结构变压器—波纹节油枕变压器。16变压器绝缘材料的老化原理三大杀手我们已经提到了。但是看看IEC标准就会发现我们遗忘了一个重要因素--酸度。IEC是这样评估绝缘的热寿命范围的：热点温度+水分含量+酸度由此可见忽略了酸度将导致实质性对变压器寿命的低估。GB/T7595-2000明确规定运行变压器油中水溶性酸(PH值)≥